采用飛秒-微秒級的時間分辨X射線吸收技術，由于能夠實時探測均相和非均相光催化系統中的電子結構和幾何結構，對光化學反應機理的理解產生了巨大影響。時間分辨的X射線吸收技術可以像照相機一樣“抓拍”電荷轉移以及動態的電子和幾何結構，以“分子電影”的形式清楚地顯示太陽能轉換的整個過程。
有鑒于此，中國科學技術大學熊宇杰教授和Chao Gao等人，綜述了時間分辨X射線吸收技術及其在光催化系統研究中的應用研究進展。
本文要點
1）首先，具體總結了吸光單元激發態的動態電荷動力學和結構變化。然后解釋了光吸收單元和催化位點之間的電荷轉移行為。之后，闡述了光化學過程中催化單元的幾何和電子變化，以及完整的反應路徑和限速步驟的關鍵信息。捕獲光物理和光化學過程在時間尺度上的動態電子和幾何變化，為設計先進的太陽能轉換系統提供了指導。
2）概述了時間分辨X射線吸收技術對光催化領域中各種材料的研究，包括金屬絡合物，金屬氧化物，鈣鈦礦材料，甚至是等離子體金屬作為光吸收單元或催化位點。除了各種無機半導體外，還會有更多的有機聚合物光催化劑進行TR‐XAS研究，例如金屬有機骨架(MOF)，共價有機骨架（COF），共價三嗪骨架（CTF）和共軛微孔聚合物（CMP）。在光誘導過程中發生的電子和結構動力學已經在時間和空間上可視化。
3）時間分辨X射線吸收技術對光催化制氫的研究已日趨成熟，而對光催化還原CO2的研究仍處于早期階段。而且，時間分辨X射線吸收技術的研究應從均相系統擴展到異相系統。另外，時間分辨X射線吸收技術還可以在其他太陽能轉化和能源回收應用中得以利用，例如光催化N2還原和CH4氧化。結合理論模擬，時間分辨X射線吸收技術可以為提高能量轉換效率和機理研究提供指導。
參考文獻：
Yangguang Hu et al. Time‐Resolved X‐Ray Absorption Spectroscopy: Visualizing the Time Evolution of Photophysics and Photochemistry in Photocatalytic Solar Energy Conversion. Solar RRL, 2020.
DOI: 10.1002/solr.202000468
https://doi.org/10.1002/solr.202000468
